2014届基因工程学案(含答案)

1、基因工程的诞生（I ）:阅读教材 科技探索之路 基础理论和技术的发展催生了基因工程”。基因工程（I）:按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组 和 转基因 等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和 生物产品。由于基因工程是在DNA分子 水平上进行设计和施工的， 因此又叫做 DNA重组 技术。不同的DNA分子能够实现重组，取决于它们具有相同的结构基础：基本单位都是脱氧核苷酸 ,空间结构 都是规则的 双螺旋结构,碱基配对方式 都是 A与T配对,G与C配对 。一、DNA重组技术的基本工具（H）1、限制性核酸内切酶一一“分子手术刀”来源：主要是从原核生物 中

2、分离纯化出来。迄今为止，已经从近300种不同微生物中分离出了约4000种限制酶。特点：能够识别 双链DNA分子 中的某种 特定核苷酸序列（识别特异性）；使每一条链中特定部位 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂（切割特性）。关于限制酶：（1）不同的限制酶可能识别不同的核苷酸序列，形成不同的黏性末端或平末端；（2）不同的限制酶可能识别相同的核苷酸序列，形成相同的黏性末端或平末端；（3）不同的限制酶可能识别并切割不同的核苷酸序列，但有可能形成相同的黏性末端。作用结果（见课本P5图1-3）：若在 识别序列的中心轴线两侧进行切割，形成黏性末端；若在 识别序列的中心轴线处切开，则形成平末端。意义：由于大多数

3、限制酶存在于原核生物中，可以切割外源DNA使之失效，从而达到保护自身的目的；原核生物自身不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰，所以不会对自身 造成伤害。2、DNA连接酶一一分子缝合针”种类：E.coli DNA连接酶一一来自 大肠杆菌 ，只能缝合 具有黏性末端的双链DNA片段；T4DNA连接酶来自T4噬菌体，既可以缝合黏性末端 ，也可以缝合 平末端 。作用结果：将两个 DNA片段末端 形成 磷酸二酯 键连接起来。3、基因进入受体细胞的载体 一一“分子运输车”常见种类： 质粒、 入噬菌体的衍生物 、 动植物病毒 等。结构特点（见课本P6图1-5）：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合至U 染

4、色体DNA 上，随染色体 DNA进行同步复制；有一个或多个限制酶切割位点，供外源基因 插入;具有特殊的标记基因（如抗生素抗性基因，荧光蛋白基因），供重组 DNA的 鉴定和选择 ；必须对宿主细胞是安全的；载体DNA分子的大小必须合适。在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。4、常见与DNA分子相关工具酶的比较（ 见创新设计P230考点一 .2）比较 项目限制酶DNA连接 酶DNA聚合酶解旋酶底物DNA分子DNA分子片段脱氧核苷酸DNA分子部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间的氢键作用 结果形成黏性末端 或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成

5、单链DNA分子、基因工程的基本操作程序（n）基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤（见课本P8图1-8）:目的基因的获取 、基因表达载体的构建 、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。1、目的基因的提取（1）目的基因：主要是指编码蛋白质的结构基因，如与 抗生素抗逆性有关的基因、与 优良品质相关的基因、与生物药物和保健品相关的基因、与毒物降解相关的基因，以及与工业所需用酶相关的基因等；少数是具有调控作用的因子。宀非编码区 :编码区下游非集码迖16硏区上游弊止子与RHA聚结弓僅為耶编码医申 编码区上游：启动子集码区编码蛋白质连续不间断非编码区不编码蛋白质，有谓控作用维止子沖凰子 叶舍子外显

6、子乂能编码蛋白质的序列 内含子：不能编码蛋白康的序列 非编码区不编码蛋白质.有调控作用注意：起始密码子、终止密码子与启动子、终止子不同，位于（2）提取方法： 从自然界中已有的物种mRNA 上。中分离出来，如构建基因组文库、CDNA 文库从中获取目的基因。适用范围：对目的基因的碱基序列无所知，且供体DNA 数量丰富 。皐因坦UNAI fimrtvjswRNA基因组文库与cDNA文库的比较:文库类型基因组文库cDNA文库文库大小大小基因中启动子有无基因中内含子有无基因多少某种生物的全部基因某种生物的部分基因物种间的基因交流部分基因可以可以 利用 PCR技术扩增目的基因适用范围：如果我们对目的基因的

7、碱基序列只知道一部分，可以设计 引物 。PCR技术（中文全称：聚合酶链式反应）原理：利用 DNA双链复制 的原理,在 体外 将基因的核苷酸序列不断加以复制,使其数量成指数方式增加。条件：模板DNA ； DNA引物 ；原料 四种脱氧核苷酸（dNTP）；热稳定性DNA聚合酶（Taq酶）；Mg2+（激活剂）过程（见课本P10图1-8 ）：高温变性 一一90C -95 C，使 DNA片段双链解开;低温复性一一55C -60C，使解链的DNA两条单链 分别与相应的引物结合;中温延伸一一70C -75 C, taq酶催化从引物起始 合成 子链 。PCR技术与DNA复制的比较:PCR技术DNA复制解旋方式D

8、NA在高温作用下变性解旋解旋酶催化场所细胞外细胞内酶耐热的DNA聚合酶（taq酶）DNA解旋酶、普通的 DNA聚合酶温度条件较咼温度下进行细胞内温和条件合成的对象DNA片段或基因DNA分子人工合成目的基因适用范围一一如果目的基因的碱基序列全部已知，且基因比较 短小。碱基序列,再通过 DNA合成仪邀1 10晨追在4出赏囲例如，根据蛋白质的氨基酸序列 推知可能的目的基因用化学方法人工合成。2、基因表达载体的构建（基因工程的核心）（1）表达载体的结构（见课本P11图1-10）"目的基因：多指 基因的编码 区启动子：位于基因的首端，是转录起点5终止子 ：位于基因的末端,终止 转录标记基因：检

9、测目的基因是否导入受体细胞、复制原点限制酶切割位点必须是在所需的标记基因 之外,这样才能保证标记基因的完整 性, 有利于对目的基因的检测。（2）功能使目的基因能够在受体纟田胞中稳定存在，并能遗传给下一代 使目的基因能够表达和发挥作用。（3 ）构建过程（如右图）同一种y限制苗处牌TVJQ两节切口两牛誓啊末话获得目的基因（1）导入植物细胞 方法：农杆菌转化法3、将目的基因导入受体细胞（转化）販组DNA介子£販细證桂（见课本P12图1-11）、基因枪法、花粉管通道法。受体细胞：体细胞农杆菌特点：易感染 双子叶 植物和 裸子植物 ；Ti质粒上的 T-DNA 可以转移至受体细 胞，并且整合到受

10、体细胞的染色体DNA 上。（2）导入动物细胞方法：显微注射技术受体细胞：受精卵（3）导入微方法：用 Ca2+处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中的 DNA分子的生理状态即感受态,再将重组表达载体DNA 分子溶于在二定的温度 下促进感。物特点： 繁殖快、多为单细胞、遗传物质 相对较少,比较适合做基因 工程的受体细胞。4、目的基因的检测与鉴定检测水平检测内容方法分子水平目的基因是否插入到转基因生物的染色体DNA 上DNA分子杂交(DNA-DNA )目的基因是否 转录出了 mRNA分子杂交(DNA-mRNA)目的基因是否翻译成蛋白质抗原-抗体杂交个体水平是否使转基因生物获得相应性状抗虫或抗病接种

11、实验三、基因工程的应用（n）（一）植物基因工程硕果累累提高农作物的抗逆能力、改良农作物的品质、利用植物生产 药物等。抗虫转基因;植物与抗病转基因植物类型项目、抗虫转基因植物抗病转基因植物方法从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中将 抗病基因 导入植物中基因种类Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂 抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等基因和病毒的复制酶基因抗真菌基因：几质酶 基因和抗毒素合成基因成果转基因抗虫棉、转基因抗虫水稻等抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗 病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等意义减少 化学农药 的使用，降低生产技术，减少环境污染，降低了对人体健 康

12、的损害。2、其他抗逆转基因植物1）抗逆基因：调节细胞渗透压 的基因，提高作物抗盐碱和抗干旱能力；鱼的耐寒 基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂（2）成果：抗盐抗旱烟草、耐寒番茄、抗除草剂玉米等。3、利用转基因改良植物的品质如我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸的含量比对照组提高 30%。（二）动物基因工程前景广阔动物基因工程应用的几个方面项目应用基因来源或处理成果提高动物的 生长速度外源生长激素基因转基因绵羊、 转基因鲤鱼改善畜产品 的品质肠乳糖酶基因转基因牛分泌的乳汁 中乳糖含量少转基因动物 生产药物药用蛋白基因+乳腺蛋白基因的启动子乳腺生物反应器

13、转基因动物作 器官移植的供体抑制或除去抗原决疋基因结合克隆技术培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官（三）基因工程药物异军突起（1） 方式：利用基因工程培育“工程菌 ”来生产药品。（2） 成果：利用工程菌”可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。（四）基因治疗曙光初照1、概念：把 正常基因 导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病 的目的。2、成果：将腺苷酸脱氨酶基因转入患者的淋巴细胞。3、 原理：利用正常基因 置换 或弥补 缺陷基因 的治疗方法，即把正常基因导入病人体内, 使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。4、途径途径比较体外基因治疗体内基因治疗不 同 占

14、八、方法从患者体内 获得某种细胞T 体外完成基因转移 T筛选、细 胞扩增T输入体内直接向患者体内组织细 胞中转移基因特点操作复杂，但效果可靠方法较简单，但效果难以控 制相同点都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段特别提醒：基因治疗并非把健康的外源基因导入患者的所有细胞 中，而只是导入 某些功能细胞 中，且是体细胞。5、用于基因治疗的基因种类(1) 功能正常基因利用表达产物蛋白质发挥作用；(2) 反义基因利用表达产物 mRNA发挥作用；(3) 蛋白酶基因一一自杀基因特异性杀死癌变细胞。四、蛋白质工程的崛起(I)(一)蛋白质工程崛起的缘由和基本原理1、基因工程及不

15、足(1) 实质：将一种 生物的基因 转移到 另一种生物体内 ，后者可以产生它本不能产 生的 蛋白质，进而表现出 新性状 。(2) 不足：在原则上只能生。(3) 天然蛋白质的不足天然蛋白质的结构和功能复合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要 。2蛋白质工程的基本原理(1) 概念 基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能 的关系。 手段：通过 基因修饰 或 基因合成 ，对现有蛋白质进行改造，或制造一种 新的蛋白质 。 目的：获得 满足人类生产和生活需求的蛋白质。(2) 原理：由预期的蛋白质找到相对应的基因。(3) 流程：预期 蛋白质功能 t蛋白质 结构 t推测 应有氨基酸序列 t找到相对应的 脱氧核苷酸序列t改造的 蛋白质(4) 成功的实例-70 C可保存半年的干扰素(半胱氨酸t丝氨酸)；高赖氨酸玉米；工业用酶； 速效型胰岛素；蛋白质工程方法制成的电子元件。3面临的困难：蛋白质发挥功能的高级结构的了